Химмотология ракетных и реактивных топлив (1043407), страница 38

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 38)

9.6. СОВМЕСТИМОСТЬ С КОНСТРУКЦИОННЫМИ

материалами

Коррозионная активность. Коррозионное воздействие реактив­ных топлив на металлы и сплавы может приводить к снижению надежности работы авиационной техники, а также оборудова­ния и технических средств, используемых при производстве, транспортировании, хранении и заправке этих топлив. В усло­виях эксплуатации под действием топлива коррозии подвергают­ся внутренние поверхности резервуаров, трубопроводов и пере­качивающих средств, детали агрегатов топливных систем, ком­муникаций и баки летательных аппаратов. Естественно, продук­ты коррозии загрязняют топливо. Кроме коррозии металлов" и сплавов в жидкой фазе топлива отмечают коррозию газовоз­душного тракта авиационных двигателей в результате воздейст­вия продуктов сгорания топлива.

По характеру коррозионного разрушения металлов и сплавов различают более 20 видов коррозионных поражений, в том чис­ле наиболее характерные для реактивных топлив сплошную, местную, межкристаллитную и щелевую коррозию. По механиз­му протекания процесса различают два типа коррозии: химиче­скую и электрохимическую. Скорость, вид проявления и меха­низм коррозионного процесса в основном определяются соста­вом среды, природой материала и температурными условиями. Влияние состава топлива на его коррозионную активность обус­ловлено наличием в нем коррозионно-активных веществ и инги­биторов коррозии.

В стандартах на реактивные топлива их коррозионную ак­тивность предусмотрено оценивать по воздействию на медную пластинку, а зарубежных топлив—дополнительно по воздейст­вию на серебряную пластинку. По комплексу методов квалифи­кационных испытаний дополнительно определяют коррозионную

активность топлив при повышенной температуре по отношению-к бронзе и меди.

К коррозионно-активным веществам, присутствующим в ре­активных топливах, относятся сера и ее соединения, а также кислородные соединения в виде органических и неорганических кислот и щелочей. В топливах не допускается наличие водорас­творимых кислот и щелочей как наиболее коррозионно-агрессив-ных веществ. Нерастворимые в воде органические кислоты, кото­рые переходят в топлива из нефти в процессе производства и об­разуются в результате окисления углеводородов при длительном хранении, менее коррозионно-агрессивны, но могут непосредст­венно вступать в реакцию с цветными металлами (РЬ, Си л др.) и вызывать их коррозию. В связи с этим их содержание в реак­тивных топливах, как правило, ограничивается (ГОСТ 5956— 79)—не более 0,7 мг КОН/100 мл. Органические кислоты, об­ладая поверхностно-активными свойствами, улучшают противо-износные и защитные свойства топлив. Поэтому для улучшения противоизносных свойств содержание органических кислот в топливе ограничено максимально допускаемым с точки зрения коррозии, а «защелачивание» и водная промывка такого топли­ва при производстве отменены.

Из сернистых соединений наиболее нежелательны сера, серо­водород, меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, тиофены и тиофа-ны; их коррозионная активность очень различна. К коррозионно-активным относят сероводород, меркаптаны и серу, остальные соединения считаются неактивными.

Присутствие сероводорода в топливах недопустимо и его удаляют из нефтяной фракции при выработке топлива. Удале­ние же свободной серы и меркаптанов сопряжено со значитель­ными трудностями, и поэтому их наличие в небольших количест­вах наряду с реактивными сернистыми соединениями допускает­ся в товарных реактивных топливах. В дистиллятах топлива ТС-1, полученных из различных нефтей без специальной допол­нительной обработки для удаления сернистых соединений, со­держатся (% в пересчете на серу) [62]:

Содержание сернистых соединений серы в топливе ТС-1 мож­но охарактеризовать следующими данными (% в пересчете на серу) [45]:

Рис. 9.14. Влияние свободной серы в топливе на коррозию бронзы ВБ-24 и коррозионные отложения на металле:

/—Т-1; 2—ТС-1 из грозненских нефтей; 3.— ТС-1 из туймазинской нефти

Свободная сера вызывает ин­тенсивную коррозию роторов топ­ливных насосов из бронзы -ВБ-24 и не влияет на кадмиевые и цин­ковые покрытия. Зависимость коррозии от содержания свобод­ной серы в различных топливах представлена на рис. 9.14. Как

видно, коррозионные потери металла и количество образовав­шихся продуктов коррозии резко возрастают при увеличении содержания серы более 0,002% [62, 192]. Содержание свобод­ной серы в реактивных топливах косвенно оценивается по ис-пытанию на медной пластинке. Топлива, содержащие меркап­таны и >0,001% свободной серы, испытания на медную плас­тинку не выдерживают.

Меркаптаны особенно коррозионно-агрессивны по отношению к бронзе и меди, к свинцу, иридию и кадмию, из которых изго­тавливают детали топливной аппаратуры. На рис. 9.15 показано влияние меркаптанов на коррозию бронзы ВБ-24 и меди Ml при 60 °С [193]. С увеличением содержания меркаптанов в топливе повышается скорость коррозии, и по мере их расходования на коррозионный процесс, т. е. снижения содержания в топливе, коррозия замедляется и в итоге стабилизуется. Коррозионная агрессивность меркаптанов зависит от их строения. Она возра­стает по мере уменьшения разме­ров молекулы и снижения темпе­ратуры их кипения. Так, меркап­таны, содержащиеся во фракции 130— 240 °С, не вызывают значи­тельной коррозии меди за 100 ч при 60 °С, а содержащиеся во фракции 60—130°С почти пол­ностью взаимодействуют с метал­лом в этих условиях. Наиболее коррозионно-агрессивны меркап-таны алифатического строения,

наименее — ароматического, у которых тио-группа присоединена непосредственно к ядру.

Присутствующие в реактивных топливах мало активные со­единения серы — сульфиды, дисульфиды, тиофены и тиофаны — практически не вызывают коррозии топливной аппаратуры реак­тивных двигателей при температурах до 120 °С. С дальнейшим повышением температуры до 250 °С коррозионно инертными ос­таются только тиофены [194]. Сульфиды вызывают заметную коррозию бронз ВБ-24 и ВБ-24Н при 150 °С, а дисульфиды и тиофаны—при 200 °С [195, 196]. '

Коррозионную агрессивность топлива при наличии соедине­ний серы очень сильно повышает присутствие воды. При экс­плуатации авиационной техники в таких условиях отмечают са­мую сильную коррозию кадмиевых покрытий, которые при дли­тельном воздействии меркаптанов могут полностью разрушать­ся. Это явление сопровождается образованием студенистых от­ложений меркаптидов кадмия, в отдельных случаях они нару­шают нормальную работу двигателя. В настоящее время при­менение кадмиевых покрытий в топливной аппаратуре ограни­ченно и значительно снижено содержание меркаптановой серы в реактивных топливах.

Интенсивность коррозионных процессов, протекающих в про­точной части ГТД под влиянием продуктов сгорания реактивных топлив, также зависит от состава последних. При полном сгора­нии все составляющие топлива соединения окисляются до окси­дов, причем преобладают в продуктах сгорания реактивных топлив оксиды углерода и вода. Они практически не представ­ляют коррозионной опасности для жаропрочных сталей, исполь­зуемых в этих двигателях.

Наибольшее внимание с точки зрения коррозии заслуживают содержащиеся в топливах сернистые соединения, которые неза­висимо от своего состава окисляются до оксидов серы (SO2 и SО3), а также микропримеси металлов V, Na, Mo и некоторых других.

Оксиды серы снижают коррозионную стойкость хромонике-левых сплавов. Зависимость скорости газовой коррозии от сум­марного содержания в топливе соединений серы (в пересчете на серу) показана ниже [62]:

Как следует из этих данных, с ростом содержания серы ско­рость коррозии значительно возрастает и температура начала коррозии снижается. Однако в некоторых случаях зависимость газовой коррозии от содержания серы в топливе может иметь более сложный характер [198]. Так, при испытаниях на установ­ке с модельной камерой сгорания получено, что газовая корро-

зия стали с ростом содержа­ния серы до 1 % при 840 °С по­стоянно возрастает, а при 920 °С снижается (рис. 9.16). Такое снижение коррозии наб­людается только в зоне, близ­кой к горящему факелу пла­мени. Исследованиями авторов [197] показано, что это явление связано со способностью серы в малом количестве подавлять ионизацию продуктов сгорания.

Из микропримесей металлов наиболее коррозионно-агрессив-ны в газовой фазе примеси ванадия. Они присутствуют в топли-вах преимущественно в виде сложных высокомолекулярных со­единений—порфиринов. Повышение содержания ванадия при­водит к монотонному ускорению газовой коррозии хромонике-левых сталей. Механизм ванадиевой коррозии заключается в том, что/в условиях значительного избытка воздуха низшие ок­сиды ванадия переходят в V2O5 и он, будучи легкоплавким со­единением, является переносчиком кислорода, т. е. ускоряет окисление металлов. Ванадиевая коррозия вызывает межкри­сталлическое разрушение металла, она возникает при 650 °С и содержании ванадия более I-10-⁵%.

Процесс газовой коррозии резко усиливается при одновре­менном присутствии в зоне горения соединений ванадия и нат­рия. Последние могут попадать в топливо на НПЗ вследствие недостаточной водной промывки после «защелачивания», а так­же при транспортировании в случае попадания морской воды. Кроме того, соединения натрия могут попадать в камеру сгора­ния двигателя вместе с воздухом при его заборе вблизи морской воды, что характерно для полетов летательных аппаратов в морских условиях. Соли натрия образуют с ванадием также легкоплавкие (625—650 °С) ванадаты натрия — НаVО3, Na4V207, Na3V04 и комплексные соединения—ванадилванадаты Na2O-•V2O4*V2O5, которые ускоряют коррозионный процесс.

Соединения Мо, Со, Ni, W и других металлов могут оказать­ся в топливе в виде примесей, унесенных с катализаторов в про­цессе нефтепереработки. Некоторые из этих примесей усилива­ют газовую коррозию в продуктах сгорания топлива. Например, при сгорании соединений молибдена образуется его высший ок­сид МоО3; он по температуре плавления и направлению ускорен­ного развития коррозионного процесса аналогичен V2O5.

Основными мерами предотвращения коррозионного воздейст­вия реактивных топлив на конструкционные материалы являют­

ся: подбор коррозионно-стойких металлов и сплавов, снижение содержания коррозионно-активных компонентов, применение ан­тикоррозионных присадок, а также соблюдение надлежащих регламентов обслуживания авиационной техники. На практике, как правило, перечисленные способы используют комплексно с учетом требований надежности работы техники и экономических факторов.

Воздействие на резины и герметики. Стойкость резин и гер-метиков в реактивных топливах имеет весьма актуальное значе­ние, так как во всех топливных системах летательных аппаратов устанавливают детали из резин в качестве разных уплотнений, мембран, прокладок и других резиновых технических изделий. Из резины изготовлены также рукава для заправочных средств и мягкие резервуары для хранения топлив. Герметики использу­ют в большинстве летательных аппаратов в качестве покрытий внутренней поверхности топливных баков.

Характеристики

Список файлов книги